1、某高速公路特大桥主桥施工线形监控实施方案AAA高速第三合同段某某特大桥主桥施工线形监控实 施 方 案某 某 大 学2008年8月目录1 工程概况某某特大桥是衡昆国道主干线高速公路重点控制工程。本桥分为三联，其布孔为230+（65+110+65）+330390m，计入起终点两侧桥台长度后为396m。 主桥为65+110+65m三跨预应力混凝土连续刚构箱梁，箱梁根部高度6.5m，跨中高度2.5m；箱梁根部底板厚70cm，跨中底板厚28cm，箱梁高度以及箱梁底板厚度按1.8次抛物线变化。箱梁腹板根部厚60cm，跨中厚40cm箱梁腹板厚度在腹板变化段按直线渐变，厚度由60cm变至40cm。箱梁顶板厚度
2、25cm。箱梁顶板宽12m，底宽6m，顶板悬臂长度3m，悬臂板端厚15cm，根部厚70cm。箱梁顶设有2的横坡，箱梁浇筑分段长度依次为：19m长0号段+53.5m+64.5m，边、中跨合拢段长均为2m，边跨现浇段长度9m。梁段悬臂浇筑最大块件重量130.0吨，挂篮自重按65.0吨考虑。挂篮与梁段悬臂浇块件重量比控制在0.5以内，中孔合拢段吊架重量控制在20吨以内。主桥桥型布置及悬灌顺序示意图如图1-1所示。主桥的施工过程如表所示。2 施工线形监控的依据、目的、原则与方法2.1依据某某大桥主桥施工监控实施方案依据下列规范及文件编制：（1）公路工程技术标准（JTG B01-2003）；（2）公路桥
3、涵设计通用规范（JTG D60-2004）；（3）公路圬工桥涵设计规范（JTG D61-2005）；（4）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）；（5）公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）；（6）公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）；（7）公路工程质量检验评定标准（第一册 土建工程）（JTG F80/1-2004）；（8）大跨径混凝土桥梁的试验方法（交通部公路科学研究所1980/10）；（9）混凝土结构试验方法标准（GB50152-92）；（10）云南至广富高速公路 某某特大桥施工图设计。2.2目的大跨度的高墩连续刚构桥的梁段施工工序复杂，施
4、工周期较长。在施工过程中，将受到许许多多确定和不确定因素的影响，包括设计计算、桥用材料性能、施工精度、荷载、大气温度、混凝土的收缩徐变等诸多方面与实际状态之间存在差异。所以对施工状态进行实时线形监测、调整、预测，使施工线形处于有效的控制之中，对设计目标的顺利实现是至关重要的。施工线形监控就是对桥梁施工过程中的线形进行监测控制，使施工中的结构处于正确的线形状态，它是施工质量控制体系的重要组成部分，是保证桥梁建设质量的重要手段。监控单位将配合监理，辅助业主，解决桥梁施工质量控制过程中的线形问题，确保成桥后的轴线线形达到设计要求，以确保桥梁施工的正常运营。2.3原则桥梁施工线形监控是一个预告监测识别
5、修正预告的循环过程，通过各节段位移监控和关键截面的应力监控来预测、调整下节段线形。即在施工过程中采取如下的监控策略：悬臂节段的空间位置在施工过程中实时监测并反馈；以悬臂节段空间位置及主桥各关键部位的应力状态两项指标为控制标准。在施工过程中，如发现某项指标超出控制指标，应立即暂停施工，查明原因，及时纠正，以尽可能保证成桥线形满足要求。2.4方法在连续刚构桥施工过程中，由于结构空间位置、构件截面尺寸、预应力钢束张拉力、材料弹性模量、容重、收缩徐变系数等参数的理论值与施工实际情况存在一定的差异，环境温度、临时荷载等也常常发生变化，当悬臂浇注节段的施工状态偏离理想的设计状态时，如不加以及时的调整控制，
6、就会造成结构的线形偏离设计成桥状态，造成合拢的困难。施工线形监控采用基本步骤如下：（1）首先以设计的成桥状态为目标，按照规范规定的各项设计参数计算每一施工步骤的结构理论状态，并建立起施工过程跟踪分析的程序；（2）根据拟定的施工组织方案，按施工步骤测量实际结构在各工况下的结构空间变位与关键截面的应力等数据；（3）根据实测的数据分析和各设计参数的调整，预测下一阶段结构的施工立模标高；（4）通过全过程对结构的跟踪监测与数据分析，逐步实现设计施工的目标。在施工过程中，误差的产生不可避免。当结构的空间变位、应力等误差在某各况能控制在精度范围之内时，则不必对下一阶段的施工作出调整。当这种误差超出控制精度范
7、围或各工况的累计误差已超出控制范围时，则必须对下一阶段的施工立模标高作出调整。3 施工线形监控的内容3.1所需资料监控之前需收集以下资料：（1）施工图设计文件（含变更设计）；（2）施工组织设计（含施工方案、支架构造图、实际工期及未来进度安排）；（3）气象资料：天气状况、气温、风向、风力；3.2 施工过程结构仿真计算分析根据施工图设计文件拟定的结构尺寸、配筋情况及施工顺序，采用Midas大型有限元程序对施工过程进行仿真分析计算，并按照施工组织设计中的桥梁施工顺序，计算结构变形、结构内力和应力分布状况。由于理论设计参数与实际参数存在差异，施工荷载、实际混凝土弹性模量、容重及施加的预应力等不可能与理
8、论计算完全一致，因此，在施工过程中，应按照施工和设计所确定的施工工艺，以及实际收集的材料指标及参数变化，对计算模型进行不断的修正，使计算值与实测值之间的差异最小，以便对结构的当前施工状态的线形实施有效的控制，并科学地预测下一施工阶段的结构线形状态。3.3 施工过程中的线形监控连续刚构桥的施工线形监控内容主要为各节段箱梁的高程监控和总体设计线形监控。主桥高程线形监控是保证桥梁成桥时线形的重要举措，这是整个施工监控过程中的重点也是难点。实际立模标高应根据实测结果，分析挠度产生差异的主要因素后经调整给出。本桥的的高程线形控制拟采用自适应的控制方法。自适应施工控制系统对于预应力混凝土桥梁，施工中每个工
9、况的线形达不到设计理想目标的重要原因是在设计计算中，构件的实际尺寸、混凝土的弹性模量、材料的比重、徐变系数等重要参数与施工中的实际情况有一定的差距，所以要得到比较准确的控制调整量，必须根据施工中实测到的结构反应来修正计算模型中的这些参数值，再加上一个系统参数辨识过程，整个控制系统就成为自适应控制系统。当结构测量到的状态与模型计算结果不相符时，把误差输入到参数识别算法中去调节计算模型的参数，使模型的输出结果与实际测量结果相一致。得到修正的计算模型参数后，重新计算各施工阶段的理想状态，按反馈控制方法对结构进行控制。这样，经过各工况反复辨识后，计算模型最后基本上能与实际结构相一致了，所有这些必须通过
10、线形监控才能做到。图3-1为高程监控的流程。自适应控制方法进行箱梁高程线形监控，其关键技术有三点：箱梁理论标高的计算；箱梁挠度的测试；实测数据的处理，参数识别，预测下一阶段立模标高。图31 高程线形监控的流程图3.3.1箱梁理论标高的计算在监控之前，做好箱梁设计线形和预拱度线形的计算。设计线形由大桥设计单位提供。预拱度线形的计算的则要在大桥施工图中施工阶段的基础上进一步细化。悬臂施工阶段立模标高的计算公式如下： （1）其中，各施工阶段预计标高为： （2）式中，浇注当前块的下挠值或张拉钢筋后的总下挠值。3.3.2箱梁挠度测点布置及监测工况由施工单位将高程控制点引至0块梁顶面上，标上明显标记并保护
11、好，在以后的施工中以此基点为基准，作为其他水准测点的后视点，得出所测梁顶的高程。每一墩顶至少应布置两个基准点，每次测试时首先应进行基准点之间的相互校核。对于这些基准点，要求线形监控方和施工单位均每隔一个月复测一次。同时，由施工单位于承台处布置沉降测点，并在每个施工节段提供沉降观测数据。（1）测点布置主梁上线形测点具体布置位置如下：1）零号块顶面布置9个测点，测点布置的顶面图如图3-2。 图3-2 零号块测点布置顶面图(单位：cm)2)每一普通悬臂施工块件顶面布置3个测点（与施工单位共用一套测点，以相互校核）。测点布置顶面图如图3-3，断面图如图3-4，测点沿纵桥向布置在离块件前端10cm处。
12、图3-3 各节段测点布置顶面图(单位：cm) 图3-4 各节段测点布置断面图(单位：cm)（2）监测工况对于每一个悬浇梁段要进行4种工况的线形控制观测，即挂篮就位、混凝土浇筑后、预应力钢束张拉前、预应力钢束张拉完成后。每次测量从悬臂端往墩顶方向的3个断面，如施工到第3节段梁时，须测量第3、2、1号节段梁的标高。各工况下各测量节段的测点安排如下表：表3-1 各工况下各测量节段的测点安排施工工况量测节段1节段2节段3节段挂篮移动就位1节段梁顶测点2节段梁顶测点挂篮测点浇混凝土1节段梁顶测点2节段梁顶测点挂篮测点张拉预应力筋前1节段梁顶测点2节段梁顶测点3节段梁顶测点张拉预应力筋后1节段梁顶测点2节
13、段梁顶测点3节段梁顶测点 在每个节段施工完成之后，复测全桥各测点标高，并计算相应各点的梁底标高，与计算值进行对比分析。3.3.3实测数据处理、参数识别、预测立模标高在进行桥梁结构分析时采用的理想设计参数值与结构实际状态所具有的相应设计值的偏差，使结构分析得到的桥梁结构的理想状态与施工后的结构实际状态存在误差。如何找出这种参数的偏差值，也即参数的识别，一方面要辨识对结构状态影响较大的参数，另一方面要确定参数的实际值。一般辨识对结构状态影响较大的参数，有：混凝土弹性模量E、混凝土容重、截面面积A、抗弯惯性矩I、收缩和徐变调整系数K、纵向预应力效应P。对参数真实值的识别有两种方法和手段：一是通过现场
14、测量来确定设计参数的值。二是通过结构计算分析来确定主要的设计参数。现场实测的主要内容有砼容重、弹模，块件自重、尺寸。结构计算分析部分根据连续刚构悬臂施工的施工过程采用人工变量分离法对自重集度、预应力效应、徐变系数进行辨识。3.4 施工中的应力计布置连续刚构桥关键截面的应力对保证结构线形分析结果的正确性至关重要。3.4.1 测点布置主梁上应力测点：选择11个截面进行应力测点布置，具体位置见下图3-5。主梁截面上的测点布置上，T的4个根部截面（即截面3、4、8、9）各布置10个测点，除了侧板布置2个应变花（测主应力），其余8个测点均为顺桥向布置，。其他截面均为布置8个测点，均为顺桥向布置，见图3-
15、6。图3-5 应力测点截面位置图（111为主梁测点截面）图36 主梁断面应力测点布置图(左图为 T根部 ，右图为L/4和L/2断面）3.4.2 测试工况每一施工节段选择浇筑混凝土前，预应力张拉前，张拉预应力钢筋后这三种工况，测量已浇注结构上的各测点。3.4.3 测试手段由于弦式应变计具有较好的长期稳定性，本桥将主要采用弦式应变计。 EBJ-57应变仪指标： 测量范围：拉800、压1200； 测量分辨率：0.02%F.S； 综合误差：1.5% F.S。 工作温度：-25+60 ZXY-2型频率读数仪：测量范围：频率（f）5005000HZ显示值10-3； 测量精度：0.008Hz； 分 辨 力：
16、0.1Hz； 工作温度：-10+50； 灵 敏 度：接收信号300uv， 持续时间500ms。 为了减少温度的影响，应力观测应安排在早晨进行，由此可将温度影响造成的误差减到最小。3.5 施工线形监控中的辅助测试，试验及资料收集在施工线形监控中除了上述工作之外，还要进行其它的一系列测试，试验及资料收集。以排除监控中各种干扰因素，或是方便对控制中的敏感参数进行识别。主要项目如下：3.5.1 温度的测试影响挠度测量数据的一个主要因素是温度。因此，对温度影响箱梁挠度的分析不可缺少，但精确计算温度影响几乎不可能，因为温度场随时随地都在变化，究竟取什么时刻的温度场作为标准很难确定。温度对箱梁挠度的影响一般
17、规律是：温度变化，箱梁挠度变化具有滞后的现象。箱梁顶底板面的温差对挠度也产生影响。气温上升时，由于箱梁顶面较梁底温度高，箱外温度较箱内高，箱体产生下挠现象；反之气温下降时，箱梁上挠。因此为尽量避免日照温差变化对高程线形的影响，在箱梁阶段施工确立立模标高时，应尽量选择外界温度较稳定、影响较小的时刻进行。挠度观测安排在早晨太阳出来之前进行。为了摸清箱梁截面内外温差和温度在截面上的分布情况，在梁体上布置温度观测点进行观测。温度测点选T构的一个悬臂（根部和1/4L截面处）作为温度测试对象，每个截面上的测点采用和测应力相同的点，桥墩的0#块腹板段测点布置见图3738。图3-7 0#块腹板段测点布置立面图
18、（混凝土计）图3-8 0#块腹板段测点布置剖面图（混凝土计）温度测试工况同应力测试工况，即在测量应力的同时记录各测点的温度。3.5.2 挂篮实验挂篮荷载试验由施工单位进行，并提供挂篮的自重及加载试验曲线。挂篮加工完成后，选择场地，进行试拼，并作超载试验，试验在加工厂试验台上进行，用外力加载法（如外加力和堆载方式）或者内力加载法(千斤顶加载)进行加载。试验时按挂篮设计承载重量的1.5倍加载，加载和卸载应对称分级进行，测试每一级加载的挂篮变形值，以检验挂篮的受力状况及其安全性，测取挂篮自身的弹性变形和非弹性变形值,供悬灌梁段立模时参考。3.5.3 桥面临时荷载的布置资料的收集通过对桥面临时荷载布置
19、的了解，可以修正计算模型使之更接近于实际情况。也可以方便技术人员在误差分析时排除桥面临时荷载的影响。3.5.4 截面尺寸测量具体做法是每浇筑一节段梁之后，在悬臂端进行截面尺寸测量，包括截面高度、顶板、底板和腹板的厚度等等，测量精度应控制在2mm以内3.5.5 桥用材料材性试验 桥用材料材性试验如下，并由施工单位提供试验数据：（1）桥墩混凝土龄期为7、14、28天的现场同条件养护的混凝土弹性模量及混凝土强度，混凝土容重；（2）主梁每一节段混凝土龄期为7、14、28天的现场同条件养护的混凝土弹性模量及混凝土强度，混凝土容重；（3）预应力钢绞线实测抗拉强度及弹性模量。3.5.6 浇注混凝土方量的收集
20、每一施工节段混凝土浇筑方量对悬臂施工的连续梁桥来说，影响很大，必须认真记录每一施工节段浇筑混凝土方量。3.6 线形监控具体流程（1） 按照预报的挂篮定位标高定位挂篮，由施工单位测量定位后的挂篮标高，经监理签认后向控制小组提供挂篮的定位测量结果。（2） 立模板、绑扎钢筋。（3） 浇筑混凝土前，测量正在施工的梁段以及之前的两个梁段的高程测点，复测挂篮定位标高，墩顶的水平位移，经监理签认后报施工控制小组，控制小组用振弦仪测控截面的应力分布。（4） 施工控制小组分析测量结果，如需调整，给出调整后的标高。（5） 浇筑完混凝土后第二天测量正在施工的梁段以及之前的两个梁段的测点标高，测量本梁段端部梁底和预埋
21、在梁顶的测点标高，建立测点与梁底标高的关系，经监理签认后提供施工控制小组。（6） 按公路工程检验评定标准检查断面尺寸，经监理方签认后提供给施工控制小组并向施工控制小组提供梁段混凝土超重的情况。（7） 张拉预应力钢筋前，测量正在施工的梁段以及之前的两个梁段的高程测点，经监理签认后提供施工控制小组。（8）施工控制小组分析测量结果，调整相应的设计参数。（9）张拉预应力钢筋后，测量正在施工的梁段以及之前的两个梁段的高程测点，经监理签认后提供施工控制小组；控制小组用钢筋振弦测控制截面的混凝土应力分布。（10）施工控制小组分析测量结果，根据上一施工周期梁底标高测量值和应力、温度等测量结果以及上一施工阶段的
22、混凝土试验结果计算、预报下一施工周期的挂篮定位标高。（11） 监理将上述预报标高最后核定后下指令交施工单位执行。工作程序的关键是：每个施工循环过程的结束都必须对已完成的梁段进行全面的测量，分析实际施工结果与预计目标的误差，从而及时地对已出现的误差进行调整，在达到要求的精度后，才能对下一施工循环作出预报。3.7 施工线形监控预警系统线形监控的目的是为了确保桥梁建成后满足设计的线形要求。通过施工监控，及时发现施工过程中存在的结构安全隐患。当监测发现结构变形超出规范允许的误差范围或与理论计算值相差过大等情况时，将及时预警，暂停施工，并由施工控制领导小组组织设计、监理和施工各方，必要时聘请专家，召开专
23、题会议，共同商议解决问题。4 监控精度与总体要求4.1监控的精度（1）成桥后的线形（标高） 50 mm（2）合龙相对高差 30 mm（3）轴线按公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）执行4.2 监控的总体要求(1) 严格控制施工临时荷载。材料堆放要求定点、定量。(2) 变形测量工作由施工单位和监控单位分别进行，并协同监理在现场及时校对复核。(3) 应力测量工作由监控单位独立进行。(4) 所有观测记录必须注明工况（施工状态）、日期、时间、天气、气温、桥面特殊荷载和其它突变因素。(5) 每一施工工况完成后，由各有关单位进行相关测试，确认测试结果无误后方可进行下一工况的施工。(6) 各工况的
24、变形测试工作必须回避日照温差的影响。(7) 结果和指令经有关方确认后方可执行，进行下一阶段的施工。5 施工监控工作注意事项5.1 线形监测的注意事项(1) 桥梁施工线形监测工作贯穿于施工的全过程，其特点是理论计算与施工实施紧密相连。因而需要监控、施工和监理各方面密切合作，各司其职完成工作。(2) 施工中严格按照平衡施工的要求进行，控制梁段上的施工堆积物并及时清理箱梁中的施工垃圾，以避免由于施工荷载和桥面杂物的不平衡引起安全问题及测量数据不正确。(3) 变形测量工作由施工单位和监控单位分别独立进行，监理单位对测量结果签字确认。测量工作应定人、定仪器进行观测，避免由于在高墩上测量而人为引起的误差。
25、(5) 控制组要在掌握设计文件要求基础上，结合施工组织设计和施工现场情况，认真仔细收集、分析实测资料，使线形监控工作顺利进行。5.2 应力计安装注意事项(1) 砼应变传感器安装时将的轴向对准拟测变形方向，用铁线将混凝土计悬绑于周围钢筋上固定好。钢应变传感器安装时先将两把应变计置于钢结构被测处，用电焊把支架四脚点焊牢固。(2) 传感器是精密仪器，在搬运时不能受到剧烈撞击、震动或由较高处坠入地面，以免造成损坏。(3) 传感器在安装使用前，必须测定并记录零点频率值（零输入时），作为计算时对测量值进行修正的原始数据。操作时，正确的做法是，将传感器在相对稳定的温度环境中放置一段时间（不低于半小时），再进
26、行测读。不能用手握住传感器或把它置入一个新的温度环境中后立即测读，应避免传感器局部温度变化，导致零点频率暂时漂移，造成读数误差。(4) 对于传感器信号传输电缆的保护应充分重视。要求从埋设点引出的电缆线，应蛇行捆绑在相邻的主钢筋上引到箱梁顶面，以免不均匀下沉和变形拉断电缆线。并保护好裸露在地表上的电缆线，防止人为或后续施工的破坏。(5) 传感器引出的电缆插头防水保护十分重要。(6) 浇筑过程的保护，在浇筑过程中，不要把砂浆直接倾倒在传感器上，也要防止振捣棒或重物击中传感器和导线，以免改变传感器的安装位置（方向）的改变甚至损坏传感器。6 线形监控组织机构与分工6.1 组织机构组成线形监控是一项技术
27、含量高而又不是孤立的施工技术问题，涉及到监控、监理、施工、设计等四方的工作。为做好某某特大桥的施工监控工作，建议成立某某特大桥施工监控协调领导小组（以下简称领导小组）和监控工作办公室（以下简称办公室）。重大技术问题由领导小组讨论决定，具体工作由办公室实施，施工监控指令通过监理最终签发。其组织机构人员安排如下：1监控协调领导小组：组长：施工负责人成员：设计、监理等各方项目负责人2监控工作办公室：主任：施工技术总工成员：监控技术负责、计算、测量、分析设计代表测量监理、结构监理、试验监理施工技术总工、测量、试验6.2 各单位分工职责1)监控单位（1）熟悉施工图设计、施工技术方案及施工组织设计，编制施
28、工监控实施方案（以下简称方案）。（2）协同施工单位进行标高测点埋设工作。（3）对施工过程中结构变形进行比较、分析、计算。（4）协同施工单位进行进行应力传感器的安装与调试，并进行应力测试、比较、分析。（5）对测量结果进行复核、分析、鉴别，如有怀疑，另行提出标高测量要求，由监理组监督并会同施工单位共同实施复测。（6）进行参数识别与误差分析，预告施工立模标高。（7）定期和不定期向领导小组汇报监控情况。（8）建立预警机制，对施工过程中出现的异常情况和工作中存在的问题，及时反馈至领导小组，并提出解决办法和改进措施。2)监理单位（1）理解并掌握方案，检查并督促施工单位按方案要求进行与线形监控有关的变形测量
29、、材料指标测试等工作，并按监理程序及有关要求进行复核。（2）对施工单位的测量数据进行复核签字确认后及时转交监控单位。（3）审核监控单位提交的施工监控报告及监控指令，及时签字确认后下发施工单位实施。（4）对施工单位的立模标高进行复测，确认在允许误差范围之内后与监控单位共同签字认可，并通知施工单位进行施工。3)设计单位（1）提供各施工阶段及最终结构理论内力状态和理论变形。（2）参与施工及线形监控重大技术方案讨论。（3）讨论决定重大设计变更，负责变更设计后的各种验算。4)施工单位（1）理解并掌握方案，按方案要求进行与施工监控有关的变形测量、材料指标测试等工作。（2）不应由于监理单位的施工监理和监控单
30、位的线形监控而解除施工单位对桥梁施工质量应当承担的责任。（3）提交合理的施工技术方案，并严格按照确定的施工技术方案组织施工，不得随意改变施工程序和支架结构联接方式。（4）根据施工监控的需要与有关测量规范要求，建立可靠和精确度较高的平面与高程测量控制网。（5）按照监控单位的要求，配合进行结构线形测点及监控仪器设备的埋设、安装和保护工作。（6）认真复核监理单位签发的监控指令，确认无误后进行施工。（7）按照方案的要求，组织专门人员完成施工过程中结构变形变位的测量工作，测试结果提交驻地监理组签字确认。（8）按照监控单位的有关要求定期进行墩台沉降观测工作。7 投入人员及仪器设备7.1 投入监控人员姓名性别学历专业职务、职称本项目分工孟少平男博士土木工程博导负责总体工作惠卓男博士土木工程硕导负责分析计算王景全男博士土木工程讲师负责现场工作刘厚军男硕士生土木工程负责线形计算颉明军男硕士生土木工程负责现场测量李准华男硕士生土木工程负责现场测量贺志启男硕士生土木工程负责现场测量7.2 投入仪器设备设备名称型号数量全站仪TCM18001台精密水准仪DS-2/FS-11台砼应变计GHB-3300个振弦式读数仪GPC-62台温度传感器JMT36X100个温、湿度计/2个数码相机S
